(57)【要約】【課題】高さ測定するサンプリング範囲を小さくして測定のタクトを短縮すること。【解決手段】複数の測定エリアＱ１〜Ｑ９における半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を順次行なうとき、これら測定エリアＱ１〜Ｑ９毎に、差分Δ又は差分Δ１〜Δ８だけバンプ２１の高さ測定するときの最適サンプリング範囲α３を半導体ウエハ表面２０に対してオフセットする。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲で所定ピッチ毎にサンプリングを行なって前記試料の画像データを取得し、この画像データから前記試料の高さを測定する高さ測定方法において、
前記試料を複数の測定エリアに分割し、これら測定エリアにおける前記試料の高さ測定を行なうとき、複数の前記測定エリアでの高さ測定毎に、前回高さ測定した前記測定エリアの基準面の高さと今回高さ測定する前記測定エリアの基準面の高さとの差分を求め、この差分だけ前記試料の高さ方向に対する前記サンプリング範囲をオフセットすることを特徴とする高さ測定方法。
【請求項２】
試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲で所定ピッチ毎にサンプリングを行なって前記試料の画像データを取得し、この画像データから前記試料の高さを測定する高さ測定方法において、
前記試料を複数の測定エリアに分割し、これら測定エリアにおける前記試料の高さ測定を行なうとき、前記試料の基準面の傾きを求め、隣接する２つの前記測定エリアのＺ座標から両測定エリア間の高さの差分を求め、この差分だけ前記試料の高さ方向に対する前記サンプリング範囲をオフセットすることを特徴とする高さ測定方法。
【請求項３】
試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲で所定ピッチ毎にサンプリングを行って前記試料の画像データを取得し、前記画像データから前記試料の高さを測定する高さ測定方法において、
前記試料を複数の測定エリアに分割し、これら測定エリアにおける前記試料の高さ測定を行なうとき、前記試料の基準面の傾きを求め、前記各測定エリア毎に前記傾きに基づいて前記サンプリング範囲をオフセットすることを特徴とする高さ測定方法。
【請求項４】
前記差分は、最初の測定エリアと隣接する前記測定エリアから差分を求めることを特徴とする請求項２記載の高さ測定方法。
【請求項５】
前記差分は、前回の前記測定エリアと今回の前記測定エリアとから差分を求めることを特徴とする請求項２記載の高さ測定方法。
【請求項６】
前記サンプリング範囲は、前記試料の底面の高さに対応する第１の最適サンプリング範囲と前記試料の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲とからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の高さ測定方法。
【請求項７】
前記サンプリングの範囲は、前記試料の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲と前記試料の底面から頂点を含む所定の基準最適サンプリング範囲とに設定し、
複数の前記測定エリアのうち所定箇所の前記各測定エリアにおいて前記基準最適サンプリング範囲でサンプリングを行ない、他の各測定エリアにおいて前記第２のサンプリング範囲でサンプリングを行なうことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の高さ測定方法。
【請求項８】
前記サンプリングの範囲は、前記試料の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲と、前記試料の底面の高さと前記頂点の高さとにそれぞれに対応する２つのサンプリング範囲を持つ第３の最適サンプリング範囲とに設定し、
複数の前記測定エリアのうち所定箇所の前記各測定エリアにおいて前記第３のサンプリング範囲でサンプリングを行ない、他の各測定エリアにおいて前記第２の最適サンプリング範囲でサンプリングを行なうことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の高さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点光学系や干渉光学系等を利用して試料の高さ方向、すなわち光学系の光軸方向にサンプリング範囲を設定して、試料の微小構造や３次元形状を高速に観察・測定するための高さ測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点光学系を用いた高さ測定装置は、試料の高さ方向（光軸ａの方向）にサンプリング範囲を設定して試料の高さ測定を行なうものである。
【０００３】
光源から放射された光は、ＰＢＳで反射し、所定の速度で回転する回転ディスクのピンホールを通過し、対物レンズを通って試料上に照射される。
【０００４】
この試料からの反射光は、照射される光の光路とは逆方向に戻り、回転ディスクのピンホールを通過して試料上で焦点の合った光だけがＣＣＤカメラにより撮像される。
【０００５】
従って、試料を載置するＸＹＺθステージを、Ｚ方向に所定のサンプリング範囲内で上下移動することにより複数枚の共焦点画像が得られる。コンピュータの演算処理部は、データ蓄積部に蓄積された共焦点画像データを演算処理して試料の高さ、すなわち半導体ウエハ表面上に形成されたバンプの高さを算出する。
【０００６】
ここで、バンプの高さを算出方法は、ピーク処理を行なって求める。すなわち、バンプの表面に焦点が合ったときが最大輝度になることを利用して、各焦点位置での画像データから一番輝度が高くなった焦点位置をバンプの表面位置とする。又は、離散的な輝度と焦点位置との関係から近似曲線を求め、この近似曲線から輝度が一番高くなる位置を推測してバンプの表面位置を求める。
【０００７】
しかしながら、図１１に示すように半導体ウエハ表面２０上にバンプ２１が形成されている試料において、半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さを測定する場合、高さ方向（光軸ａ方向）のサンプリング範囲α１が設定される。このサンプリング範囲α１は、半導体ウエハ表面２０の位置とバンプ２１の頂点の位置とが確実に含まれるように設定される必要がある。このためには半導体ウエハの厚みのばらつきＳ１を含んだサンプリング範囲α２に設定しなければならない。
【０００８】
又、バンプ２１の高さを測定するには、図１２に示すように半導体ウエハ表面２０を複数の測定エリア、例えば測定エリアＱ１〜Ｑ９に分割し、これら測定エリアＱ１〜Ｑ９を例えば測定エリアＱ１→Ｑ２→，…，Ｑ８→Ｑ９の順序に移動してバンプ２１の頂点までの高さ測定が行われる。
【０００９】
このような高さ測定をするときに、ＸＹＺθテーブル１１が図１３に示すように光軸Ｚ方向に対して傾きγがあると、この傾きγによって高さ方向（光軸方向）の誤差Ｓ２が生じるので、これも考慮する必要がある。この場合、半導体ウエハ表面２０の面積が広くなれば成る程、この誤差Ｓ２も大きくなる。これらばらつきＳ１及び誤差Ｓ２をサンプリング範囲α１に含めると、当然当該サンプリング範囲α２は広くなり、このために高さの測定時間が長くなってしまう。
【００１０】
この問題を解決するための技術として例えば特許文献１のものが知られている。この特許文献１は、半導体ウエハ表面２０の厚みのばらつきと高さ（光軸）方向の誤差Ｓ２とを除いた最適サンプリング範囲を決定し、この最適サンプリング範囲を例えば図１２に示す半導体ウエハ表面の全測定エリアＱ１〜Ｑ９に適用するものとなっている。そして、このために、図１４に示すように測定前に、半導体ウエハ表面２０の例えば３点以上の解析ポイントＰ１〜Ｐ３に対してそれぞれ高さを測定して、これら解析ポイントＰ１〜Ｐ３に基づいて半導体ウエハ表面２０の仮想平面を算出し、この仮想平面の傾き等に応じて最適サンプリング範囲を高さ（光軸方向）方向にオフセットして高速測定を可能にしている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−３２９４２６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、測定前に、半導体ウエハ表面２０の仮想平面を算出するためにステージを移動させて３点以上の解析ポイントＰ１〜Ｐ３に対しての高さ測定が必要になり、その分だけ全体の測定に時間がかかる。
【００１３】
そこで本発明は、高さ測定するときの無駄なサンプリング範囲でのサンプリング抑えて測定を高速にできる高さ測定方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲で所定ピッチ毎にサンプリングを行なって試料の画像データを取得し、この画像データから試料の高さを測定する高さ測定方法において、試料を複数の測定エリアに分割し、これら測定エリアにおける試料の高さ測定を行なうとき、複数の測定エリアでの高さ測定毎に、前回高さ測定した測定エリアの基準面の高さと今回高さ測定する測定エリアの基準面の高さとの差分を求め、この差分だけ試料の高さ方向に対するサンプリング範囲をオフセットする高さ測定方法である。
【００１５】
本発明は、試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲で所定ピッチ毎にサンプリングを行なって試料の画像データを取得し、この画像データから試料の高さを測定する高さ測定方法において、試料を複数の測定エリアに分割し、これら測定エリアにおける試料の高さ測定を行なうとき、試料の基準面の傾きを求め、隣接する２つの測定エリアのＺ座標から両測定エリア間の高さの差分を求め、この差分だけ試料の高さ方向に対するサンプリング範囲をオフセットする高さ測定方法である。
【００１６】
本発明は、試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲で所定ピッチ毎にサンプリングを行って試料の画像データを取得し、画像データから試料の高さを測定する高さ測定方法において、試料を複数の測定エリアに分割し、これら測定エリアにおける試料の高さ測定を行なうとき、試料の基準面の傾きを求め、各測定エリア毎に傾きに基づいてサンプリング範囲をオフセットする高さ測定方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（１）以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の高さ測定方法を適用した共焦点高さ測定装置の構成図である。
【００１９】
光源２から放射される光の光路上には、レンズ３、偏光板４及び偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）５が配置されている。
【００２０】
このＰＢＳ５の偏光方向の光路上には、回転ディスク６が配置されている。この回転ディスク６は、共焦点パターンとして例えばスリット状のパターンが形成されたもので、回転軸７を中心として所定の回転速度で回転するものとなっている。
【００２１】
さらに、この回転ディスク６のスリットを通過した光の光路上には、第１結像レンズ８、１／４波長板９、対物レンズ１０が配置されている。
【００２２】
試料１は、例えば半導体ウエハ表面上にバンプが形成されたもので、ＸＹＺθステージ１１上に配置されている。このＸＹＺθステージ１１は、ステージ移動機構コントローラ１２の動作制御によってＸＹＺθ方向に移動するものとなっている。従って、試料１の高さ方向（光軸ａの方向）のサンプリング範囲は、ＸＹＺθステージ１１がＺ方向に上下移動することにより得られる。
【００２３】
試料１からの反射光は、対物レンズ１０、１／４波長板９、第１結像レンズ８、回転ディスク６を通ってＰＢＳ５に入射するものであり、このＰＢＳ５の透過光の光路上には、第２結像レンズ１３を介してＣＣＤカメラ１４が配置されている。このＣＣＤカメラ１４は、入射する試料１の画像を撮像してその画像信号を出力するものとなっている。
【００２４】
コンピュータ１５は、ＣＣＤカメラ１４から出力される画像信号を取り込んでその画像をモニター１６に表示出力すると共に、ＸＹＺθステージ１１をＺ方向に上下移動することにより取得された共焦点画像データをデータ蓄積部１７に蓄積する機能を有している。
【００２５】
又、このコンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された共焦点画像データを演算処理して試料１の高さ、すなわち半導体ウエハ表面２０上に形成されたバンプ２１の高さを算出する機能を有している。
【００２６】
この共焦点高さ測定装置は、上記図１２に示すように、試料１である半導体ウエハ表面２０を複数の測定エリア、例えば測定エリアＱ１〜Ｑ９に分割し、これら測定エリアＱ１〜Ｑ９を例えば測定エリアＱ１→Ｑ２→，…，Ｑ８→Ｑ９の順序に移動して各測定エリアＱ１〜Ｑ９において半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を行なうものである。
【００２７】
この半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を行なうとき、同装置は、図２に示すサンプリング範囲α３内において、半導体ウエハ表面２０（ＸＹＺθステージ１１を）所定のステップ（間隔）でＺ方向に移動させてバンプ２１の共焦点画像データを取得し、この共焦点画像データからバンプ２１の高さを測定するものとなっている。
【００２８】
このとき、サンプリング範囲α３は、半導体ウエハ表面２０とバンプ２１の頂点との両方の高さ（光軸）方向位置を確実に検出できる可能な限り無駄なサンプリング範囲を含まないもので、以下、最適サンプリング範囲α３と称する。この最適サンプリング範囲α３は、基準値となる半導体ウエハ表面２０に対して高さ（光軸）方向の位置関係が常に同じになるように設定され、半導体ウエハ表面２０を基準位置にしてバンプ２１の高さより上下方向に半導体ウエハの厚さのバラツキ等を考慮してサンプリング範囲が広げられている。
【００２９】
ところで、第１の実施の形態では、複数の測定エリアＱ１〜Ｑ９における半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を順次行なうとき、測定初期エリアＱ１で測定した基準面の高さ（Ｚ座標）と隣接する測定エリアＱ２の高さ（Ｚ座標）との差分Δを求め、測定エリアを順次変更するごとに前の測定エリアの高さ位置情報に基づいてこの差分Δだけ最適サンプリング範囲α３をオフセットする。
【００３０】
例えば、図３に示すように測定エリアＱ１においてバンプ２１の高さ測定を行なった後に測定エリアＱ２においてバンプ２１の高さ測定を行なう場合、先ず、最初の測定エリアＱ１内において図４に示すように３点以上の解析ポイントＰ１〜Ｐ５でそれぞれ高さ測定を行ない、これら解析ポイントＰ１〜Ｐ５の各座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて同測定エリアＱ１内での半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し求める。この最小自乗平面により測定エリアＱ１内での半導体ウエハ表面２０の基準面の傾きが分る。なお、各解析ポイントＰ１〜Ｐ５の各高さ測定は、上記同様に、共焦点画像データを取得することにより求められる。
【００３１】
次に、隣接する測定エリアＱ２の座標（Ｘ，Ｙ）を平面方程式に代入して測定エリアＱ２のＺ座標を求める。
【００３２】
次に、（測定エリアＱ１のＺ座標）−（測定エリアＱ２のＺ座標）を演算することにより、図３に示す測定エリアＱ１と測定エリアＱ２との高さ（光軸）方向の差分Δを推測する。
【００３３】
しかるに、測定エリアＱ２〜Ｑ９において、測定エリアを順次変更するごとに前回の測定エリアの高さ位置情報に基づいて推測した差分Δだけ最適サンプリング範囲α３をオフセットして測定を行う。
【００３４】
又、図５に示すように、各測定エリアＱ３〜Ｑ９でのバンプ２１の高さ測定においても、上記同様に、各測定エリアＱ３〜Ｑ９毎に、前回高さ測定した測定エリアの高さと今回高さ測定する測定エリアの高さとの各差分Δ１〜Δ８をそれぞれ求め、これら差分Δ１〜Δ８だけバンプ２１の高さ方向に対する各最適サンプリング範囲α３〜α９をオフセットして測定を行うこともできる。このように測定エリアＱ２〜Ｑ９において、前回の測定エリアと今回の測定エリアとの高さ差分Δ１〜Δ８を求める。最適サンプリング範囲α３を高精度に設定できる。
【００３５】
従って、コンピュータ１５のプログラムメモリ３０には、複数の測定エリアＱ１〜Ｑ９における半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を順次行なうとき、これら測定エリアＱ１〜Ｑ９での高さ測定毎に、推測した差分Δ又は前回高さ測定した測定エリアの高さと今回高さ測定する測定エリアの高さとの差分Δ１〜Δ８を求め、この差分Δ又はΔ１〜Δ８だけバンプ２１の高さ方向に対する最適サンプリング範囲α３をオフセットするためのプログラムが記憶されている。
【００３６】
又、コンピュータ１５には、最小自乗平面演算部３１が備えられている。この最小自乗平面演算部３１は、測定エリアＱ１内において上記図４に示すように３点以上の解析ポイントＰ１〜Ｐ５それぞれ高さ測定を行ない、これら解析ポイントＰ１〜Ｐ５の各座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて同測定エリアＱ１内での半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し求める機能を有している。
【００３７】
次に、上記の如く構成された装置での高さ測定について説明する。
【００３８】
先ず、上記図１２に示す半導体ウエハ表面２０上の測定エリアＱ１における各バンプ２１の高さ測定を行なう。
【００３９】
光源２から放射された光は、レンズ３を通って偏光板４に入射し、この偏光板４で偏光されてＰＢＳ５に入射する。このＰＢＳ５に入射した光は、当該ＰＢＳ５で反射し、所定の速度で回転する回転ディスク６のスリットを通過し、第１結像レンズ８、１／４波長板９及び対物レンズ１０を通って試料１上に照射される。
【００４０】
この試料１からの反射光は、照射される光の光路とは逆方向となる対物レンズ１０、１／４波長板９、第１結像レンズ８を通って回転ディスク６に入射する。
試料１上で焦点の合った光だけが回転ディスク６のスリットを通過し、ＣＣＤカメラ１４により撮像され共焦点画像が得られる。
【００４１】
従って、ＣＣＤカメラ１４は、ＸＹＺθステージ１１が最適サンプリング範囲α３においてＺ方向に所定のステップ移動毎に共焦点画像を得る。サンプリングの方法は、ステージ１１を固定し、対物レンズ１０を含む観察光学系の焦点位置をＺ方向に所定のステップ間隔で移動させてもよい。なお、測定初期は、半導体ウエハ表面２０の高さを正確に把握できないので、上記図１１に示すばらつきＳ１及び上記図１３に示す誤差Ｓ２を考慮したサンプリング範囲α２でサンプリングを行なう。
【００４２】
コンピュータ１５は、ＣＣＤカメラ１４から出力される画像信号を取り込んでその画像をモニター１６に表示出力すると共に、ＸＹＺθステージ１１をＺ方向に上下移動することにより取得された共焦点画像データをデータ蓄積部１７に蓄積する。
【００４３】
又、コンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された共焦点画像データを演算処理して試料１の高さ、すなわち半導体ウエハ表面２０上に形成されたバンプ２１の高さを算出する。このバンプ２１の高さを算出方法はピーク処理、すなわちバンプ２１の表面に焦点が合ったときが最大輝度になることを利用して、各焦点位置での画像データから一番輝度が高くなった焦点位置をバンプ２１の頂点位置とする。又は、ＸＹＺθステージ１１を所定のステップでＺ方向に移動して得た離散的な輝度と焦点位置との関係から近似曲線を求め、この近似曲線から輝度が一番高くなる位置を推測してバンプ２１の表面位置を求める。
【００４４】
又、測定エリアＱ１での各バンプ２１の高さ測定の際、この測定エリアＱ１内において図４に示すように３点以上の解析ポイントＰ１〜Ｐ５でそれぞれ高さ測定を行なう。
【００４５】
次に、最小自乗平面演算部３１は、各解析ポイントＰ１〜Ｐ５の各座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて同測定エリアＱ１内での半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し、半導体ウエハ表面２０の傾きを求める。
【００４６】
次に、演算処理部１３は、次に高さ測定を行なう測定エリアＱ２の座標（Ｘ，Ｙ）を平面方程式に代入して測定エリアＱ２のＺ座標を求める。
【００４７】
次に、演算処理部１３は、（測定エリアＱ１のＺ座標）−（測定エリアＱ２のＺ座標）を演算することにより、図３に示す測定エリアＱ１と測定エリアＱ２との高さ（光軸）方向の差分Δを推測する。
【００４８】
しかるに、次の測定エリアＱ２での高さ測定では、この推測した差分Δを最適サンプリング範囲α３をオフセットする。
【００４９】
ＸＹＺθステージ１１は、最適サンプリング範囲α３をＺ方向に所定のピッチで移動し、ＣＣＤカメラ１４は、ＸＹＺθステージ１１のＺ方向へのピッチ移動毎にバンプ２１の底面から頂上までの共焦点画像を得る。
【００５０】
図５に示すように、各測定エリアＱ１〜Ｑ９でのバンプ２１の高さ測定において、推測した差分Δ又は差分Δ１〜Δ８だけバンプ２１の高さ方向に対する各最適サンプリング範囲α３をプラス（＋）側にオフセットする。
【００５１】
測定エリアＱ１〜Ｑ９を逆方向から走査する場合には、最適サンプリング範囲を半導体ウエハ表面２０に対してマイナス（−）側にオフセットする。又、図１２に示すように測定エリアが行列方向に配列されている場合、行方向と列方向とに対してそれぞれ差分Δを求め、行列方向の測定エリアにシフトする際に、行方向の差分Δと列方向の差分Δとに基づいて最適サンプリング範囲α３をオフセットする。
【００５２】
このように上記第１の実施の形態においては、複数の測定エリアＱ１〜Ｑ９における半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を順次行なうとき、これら測定エリアＱ１〜Ｑ９毎に、差分Δ又は差分Δ１〜Δ８だけバンプ２１の高さ測定するときの最適サンプリング範囲α３を半導体ウエハ表面２０に対してオフセットするので、サンプリング範囲を狭くしてバンプ２１の高さ測定に要する時間を短縮できる。
【００５３】
なお、半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し求めたり、（測定エリアＱ１のＺ座標）−（測定エリアＱ２のＺ座標）を演算して上記差分Δを推測するにしても、これらの演算は、従来における半導体ウエハ表面２０の仮想平面を算出するとの比較してその演算量が少なく、バンプ２１の高さ測定にかかる時間を長くすることはない。
【００５４】
従って、バンプ２１の高さ測定するときの無駄なサンプリング範囲でのサンプリング抑えて高さ測定を高速にできる、すなわち測定タクトを短縮できる。
【００５５】
（２）次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５６】
この第２の実施の形態は、上記図１に示す共焦点高さ測定装置に適用するものであり、従って、当該図１を援用して説明する。
【００５７】
この共焦点高さ測定装置は、上記図１２に示すように、半導体ウエハ表面２０を複数の測定エリア、例えば測定エリアＱ１〜Ｑ９に分割し、これら測定エリアＱ１〜Ｑ９を例えば測定エリアＱ１→Ｑ２→，…，Ｑ８→Ｑ９の順序に移動して各測定エリアＱ１〜Ｑ９において半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を行なうもので、この場合、上記図２に示すようにバンプ２１の高さ方向に最適サンプリング範囲α３でサンプリングを行なってバンプ２１の共焦点画像データを取得し、この共焦点画像データからバンプ２１の高さを測定するところは上記第１の実施の形態と同様である。
【００５８】
ところで、本発明装置の特徴とするところは、複数の測定エリアＱ１〜Ｑ９における各バンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、先ずは少なくとも２つの測定エリア同士、例えば図６に示すように隣接する各測定エリアＱ１とＱ２との傾きφを求め、各測定エリアＱ１〜Ｑ９での高さ測定において、前記傾きφに基づいて高さ測定を行なう当該測定エリアＱ１〜Ｑ９における最適サンプリング範囲α３の高さ位置をオフセットする。
【００５９】
従って、本発明装置には、上記図１に示すように、コンピュータ１５にプログラムメモリ３０が接続されている。このプログラムメモリ３０には、コンピュータ１５により読み取られて実行することにより、複数の測定エリアＱ１〜Ｑ９における各バンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、先ずは高さ測定する順序に従って隣接する各測定エリア、例えば測定エリアＱ１とＱ２との傾きφを求め、以後の各測定エリアＱ３〜Ｑ９での高さ測定において、前記傾きφに基づいて高さ測定を行なう当該測定エリアＱ３〜Ｑ９における最適サンプリング範囲α３の高さ位置をオフセットするためのプログラムが記憶されている。
【００６０】
次に、上記の如く構成された装置での高さ測定について説明する。
【００６１】
測定エリアＱ１での各バンプ２１の高さ測定の際、この測定エリアＱ１内において図４に示すように３点以上の解析ポイントＰ１〜Ｐ５でそれぞれ共焦点画像データを取得して高さ測定を行なう。
【００６２】
次に、最小自乗平面演算部３１は、各解析ポイントＰ１〜Ｐ５の各座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて同測定エリアＱ１内での半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し、測定エリアＱ１内での半導体ウエハ表面２０の傾きφを求める。
【００６３】
次に、演算処理部１３は、高さ測定を行なう測定エリアＱ２の座標（Ｘ，Ｙ）又は測定エリアの配列ピッチ（測定エリアの間隔）と傾きφから上記図３に示す測定エリアＱ１と測定エリアＱ２との高さ（光軸）方向の差分Δを推測する。
【００６４】
次に、測定エリアＱ２〜Ｑ９における各バンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、今回の測定エリアＱ２〜Ｑ９における最適サンプリング範囲α３の高さ（光軸方向）位置を前回の測定エリアの最適サンプリング範囲α３の高さに対して差分Δだけプラス（＋）側にオフセットする。
【００６５】
測定エリアＱ１〜Ｑ９を逆方向から走査する場合には、最適サンプリング範囲を半導体ウエハ表面２０に対してマイナス（−）側にオフセットする。又、図１２に示すように測定エリアが行列方向に配列されている場合、行方向と列方向とに対してそれぞれ差分Δを求め、行列方向の測定エリアにシフトする際に、行方向の差分Δと列方向の差分Δとに基づいて最適サンプリング範囲α３をオフセットする。
【００６６】
そして、ＸＹＺθステージ１１は、オフセットした最適サンプリング範囲α３をＺ方向に所定ピッチで移動し、ＣＣＤカメラ１４は、ＸＹＺθステージ１１のＺ方向のピッチ移動毎にバンプ２１の底面から頂点までの共焦点画像を得る。この共焦点画像データは、データ蓄積部１７に蓄積される。
【００６７】
コンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された共焦点画像データを演算処理して測定エリアＱ２におけるバンプ２１の高さを上記ピーク処理によって算出する。
【００６８】
このように上記第２の実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様に、半導体ウエハ表面２０の全測定エリアＱ１〜Ｑ９において前回の測定エリアの最適サンプリング範囲α３に対して差分Δだけオフセットすることにより、バンプ２１の高さ測定するときの無駄なサンプリング範囲でのサンプリング抑えて高さ測定を高速にして測定タクトを短縮できる。
【００６９】
なお、上記第１及び第２の実施の形態は、次のように変形してもよい。
【００７０】
例えば、測定初期におけるバンプ２１の高さを正確に把握するためにオートフォーカス（ＡＦ）又は変位センサを別途設けて予め半導体ウエハ表面２０の高さ位置を測定すれば、測定初期から最適サンプリング範囲α３でバンプ２１の高さ測定ができる。又、画像データを取得する方法としては、上記第１及び第２の実施の形態の共焦点光学系に代えて干渉光学系を用いることができる。
【００７１】
（３）次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００７２】
この第３の実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態における最適サンプリング範囲α３を変更したものである。従って、この第３の実施の形態においても上記図１に示す共焦点高さ測定装置を援用して説明する。
【００７３】
この共焦点高さ測定装置では、最適サンプリング範囲は、図７に示すように試料１の底面すなわち半導体ウエハ表面２０の高さに対応して当該半導体ウエハ表面２０の高さを検出できる第１の最適サンプリング範囲α４と、バンプ２１の頂点の高さに対応して当該バンプ２１の頂点の高さを検出できる第２の最適サンプリング範囲α５とから成っている。
【００７４】
これら第１と第２の最適サンプリング範囲α４、α５は、上記図１１に示すばらつきＳ１などを考慮に入れて、可能な限り無駄なサンプリング範囲を含まないものである。これら最適サンプリング範囲α４、α５は、基板表面（半導体ウエハ表面２０）に対して高さ（光軸）方向の位置関係が常に同じになるように設定されている。各測定エリアＱ１〜Ｑ９における第１と第２の最適サンプリング範囲α４、α５に対する差分Δのオフセットの仕方は、第１及び第２の実施の形態と同じである。
【００７５】
この第３の実施の形態においては、各測定エリアＱ１〜Ｑ９で順次バンプ２１の頂点の高さを測定するとき、ＸＹＺθステージ１１を、図７に示す第１と第２の最適サンプリング範囲α４、α５でそれぞれＺ方向に所定ピッチで移動することによりバンプ２１の高さを測定するのに必要な半導体ウエハ表面２０の近傍の共焦点画像とバンプ２１の頂点近傍の共焦点画像を得ることができる。
【００７６】
このように上記第３の実施の形態においては、半導体ウエハ表面２０の高さに対応して当該半導体ウエハ表面２０の高さを検出できる第１の最適サンプリング範囲α４と、バンプ２１の頂点の高さに対応して当該バンプ２１の頂点の高さを検出できる第２の最適サンプリング範囲α５のみをサンプリングはてバンプ２１の高さ測定を行なう。すなわち、図７に示す第１と第２の最適サンプリング範囲α４、α５との間の範囲β部をサンプリングすることは無駄であることから、この範囲β部を第１及び第２の最適サンプリング範囲α４、α５のＺ方向の移動ピッチに比べて粗い移動ピッチでＸＹＺθステージ１１を移動させてＸＹＺθステージ１１を範囲β部の間を高速で移動してサンプリングしないようにすることにより、上記第１又は第２の実施の形態よりも測定タクトをさらに短縮できる。
【００７７】
なお、上記第３の実施の形態は、次のように変形してもよい。
【００７８】
例えば、上記第３の実施の形態では、半導体ウエハ表面２０の高さとバンプ２１の頂点の高さとの２つの高さ情報を取得するために第１と第２の最適サンプリング範囲α４、α５を設定したが、必要な高さ情報に応じて最適サンプリング範囲を分割設定してもよい。
【００７９】
（４）次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【００８０】
この第４の実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態における最適サンプリング範囲α３を変更したものである。従って、この第４の実施の形態においても上記図１に示す共焦点高さ測定装置を援用して説明する。
【００８１】
この共焦点高さ測定装置では、最適サンプリング範囲は、図８に示すようにバンプ２１の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲α５と、試料１の底面すなわち半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点を含む最適サンプリング範囲（以下、基準最適サンプリング範囲と称する）α３とに設定したものである。各測定エリアＱ１〜Ｑ９における基準サンプリング範囲α３と第２の最適サンプリング範囲α５とに対する差分Δのオフセットの仕方は、第１及び第２の実施の形態と同じである。
【００８２】
この共焦点高さ測定装置は、図９に示すように複数の測定エリアＱ１〜Ｑ９におけるバンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、これら測定エリアＱ１〜Ｑ９のうち所定箇所の各測定エリア、例えば測定エリアＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９において基準最適サンプリング範囲α３でサンプリングを行ない、他の各測定エリアＱ２、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８において第２の最適サンプリング範囲α５でサンプリングを行なう。
【００８３】
このような構成であれば、予め設定した各測定エリアＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９では、それぞれＸＹＺθステージ１１を、図８に示す基準最適サンプリング範囲α３でＺ方向に所定ピッチで移動し、ＣＣＤカメラ１４により各共焦点画像を得る。
【００８４】
コンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された各測定エリアＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９ごとに各共焦点画像データを演算処理して、半導体ウエハ表面２０のＺ位置情報とバンプ２１の頂点のＺ位置情報とを上記ピーク処理により求め、これら半導体ウエハ表面２０のＺ位置情報とバンプ２１の頂点のＺ位置情報との差分からバンプ２１の高さを算出する。
【００８５】
一方、他の各測定エリアＱ２、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８では、第２の最適サンプリング範囲α５の下限位置が半導体ウエハ表面２０に対して常に同じになるように前回の測定エリアの高さ位置情報に基づいて差分Δだけオフセットされる。この後、ＸＹＺθステージ１１は、図８に示す第２の最適サンプリング範囲α５での下限位置まで移動させ、この第２の最適サンプリング範囲α５でＺ方向に所定ピッチで移動させながらＣＣＤカメラ１４により各共焦点画像を得る。
【００８６】
コンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された各測定エリアＱ２、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８ごとに各共焦点画像データを演算処理して、バンプ２１の頂点のＺ位置を上記ピーク処理により求める。
【００８７】
ところで、上記基準最適サンプリング範囲α３でサンプリングを行なった各測定エリアＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９では、半導体ウエハ表面２０の高さ情報が取得されている。この測定エリアＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９で取得された半導体ウエハ表面２０の高さ情報とオフセット値（差分Δ）から各測定エリアＱ２、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８の半導体ウエハ表面２０の高さ情報を求めることができる。
【００８８】
しかるに、演算処理部１８は、この半導体ウエハ表面２０の高さ位置とバンプ２１の頂点のＺ位置との差分からバンプ２１の高さを算出する。
【００８９】
このように上記第４の実施の形態においては、バンプ２１の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲α５と、試料１の底面すなわち半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点を含む基準最適サンプリング範囲α３とに任意に設定できるようにしたので、半導体ウエハ表面２０のような面精度の高いものにおいては、基板表面の傾きやオフセット値（差分Δ）から各測定エリアの基板表面のＺ位置を求めることが出来、基板表面のＺ位置を求めるサンプリング範囲を省くことが可能である。
【００９０】
これにより、全測定エリアに対して厳密に高さ測定する必要がある場合には、高さ位置を高精度で測定するための基準最適サンプリング範囲α３を全測定エリアに対して設定する。高さのバラツキなど厳密な高さ測定を必要としない場合には、少なくとも最初の測定エリアに対して基準最適サンプリング範囲α３を設定し、他の測定エリアに対して第２の最適サンプリング範囲α５を設定する。又、全測定エリアに対して複数箇所のみ厳密な高さ測定を必要とする場合、指定した複数の測定エリアに対して基準最適サンプリング範囲α３を設定し、他の粗い高さ測定でよい測定エリアに対して第２のサンプリング範囲α５を設定する。このように測定エリアに対して頂点のＺ位置のみを測定するための第２の最適サンプリング範囲α５を設定できるようにすることで、さらに第３の実施の形態に比べてサンプリング範囲を狭くすることができ、これにより高さ測定のタクトをさらに短縮できる。
【００９１】
（５）次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【００９２】
この第５の実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態における最適サンプリング範囲α３を変更したものである。従って、この第５の実施の形態においても上記図１に示す共焦点高さ測定装置を援用して説明する。
【００９３】
この共焦点高さ測定装置では、図１０に示すように第４の実施の形態で適用したバンプ２１の頂点の高さに対応する第２のサンプリング範囲α５と、第３の実施の形態で適用した半導体ウエハ表面２０の高さに対応するサンプリング範囲α４及びパンプ２１の頂点の高さに対応するサンプリング範囲α５からなる第３の最適サンプリング範囲α４−α５に設定されている。第５の実施の形態では、第４の実施の形態に適用された基準最適サンプリング範囲α３を第３の実施の形態で適用した第３のサンプリング範囲α４−α５に置き換えたものである。
【００９４】
又、この共焦点高さ測定装置では、上記図９に示すように複数の測定エリアＱ１〜Ｑ９におけるパンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、これら測定エリアＱ１〜Ｑ９のうち所定箇所の測定エリアＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ９において第３の最適サンプリング範囲α４−α５でサンプリングを行ない、他の各測定エリアＱ２、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８において第２の最適サンプリング範囲α５でサンプリングを行なうものとなっている。
【００９５】
このように上記第５の実施の形態においては、第４の実施の形態に適用した基準最適サンプリング範囲α３を、半導体ウエハ表面２０の高さに対応する第１の最適サンプリング範囲α４及びパンプ２１の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲α５からなる第３の最適サンプリング範囲α４−α５に置き換えることで、第４の実施の形態と比べて第３の最適サンプリング範囲α４−α５のサンプリング範囲を狭くすることができ、さらに高さ測定のタクトを短縮できる。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、高さ測定するサンプリング範囲を小さくして測定のタクトを短縮できる高さ測定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態を適用した共焦点高さ測定装置の構成図。
【図２】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態における最適サンプリング範囲を示す図。
【図３】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態における各測定エリア間の高さの差を示す図。
【図４】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態における各解析ポイントを示す図。
【図５】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態における各測定エリアでの最適サンプリング範囲に対する各オフセットを示す図。
【図６】本発明に係わる高さ測定方法の第２の実施の形態における各測定エリアでの最適サンプリング範囲に対する比例的なオフセットを示す図。
【図７】本発明に係わる高さ測定方法の第３の実施の形態における最適サンプリング範囲を示す図。
【図８】本発明に係わる高さ測定方法の第４の実施の形態における最適サンプリング範囲を示す図。
【図９】本発明に係わる高さ測定方法の第４の実施の形態におけるサンプリングパターンの異なる各測定エリアを示す図。
【図１０】本発明に係わる高さ測定方法の第５の実施の形態における最適サンプリング範囲を示す図。
【図１１】半導体ウエハ表面からバンプ頂点までの高さ測定するときのサンプリング範囲を示す図。
【図１２】半導体ウエハ表面を複数の測定エリアに分割したときの測定順序を示す図。
【図１３】半導体ウエハ表面からバンプ頂点までの高さ測定するときの傾きに起因する誤差を示す図。
【図１４】従来において最適サンプリング範囲で高速測定を可能とすめ解析ポイントを示す図。
【符号の説明】
１：試料、２：光源、３：レンズ、４：偏光板、５：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、６：回転ディスク、７：回転軸、８：第１結像レンズ、９：１／４波長板、１０：対物レンズ、１１：ＸＹＺθステージ、１２：ステージ移動機構コントローラ、１３：第２結像レンズ、１４：ＣＣＤカメラ、１５：コンピュータ、１６：データ蓄積部、１７：データ蓄積部、１８：演算処理部、２０：半導体ウエハ表面、２１：バンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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